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变后掠翼

发布时间:2019-06-05 19:07 来源:未知 编辑:admin

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  在飞机的设计工作中,有一个不易克服的矛盾:要想提高飞行马赫数,必须选择大后掠角、小展弦比的机翼,以降低飞机的激波阻力,但此类机翼在亚音速状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。从空气动力学的角度讲,要同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短矩起降的要求,最好是让机翼变后掠,用不同的后掠角去适应不同的飞行状态。对变后掠翼的研究,始于 40年代,但直到 60年代,才设计出实用的变后掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固定的,外翼同内翼用铰链轴连接,通过液压助力器操纵外翼前后转动,以改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦比。变后掠翼的缺点是,结构和操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞机使用。

  变后掠机翼是50年代以后开始出现的一项薪技术。它的基本设计思想是让机翼前后转动,以改变后掠角大小,使飞机同时兼顾高速和低速飞行的气动要求,扩大飞行速度范围。具体讲,就是当飞机起飞、着陆或需要作低速飞行时,将机翼往前转动,减小后掠角,以提高飞机的低速飞行性能,缩短起落滑跑距离;而当飞机需要作高速飞行时,将机翼往后转动,增大后掠角,以减小飞行阻力,提高飞机的高速飞行性能。由此可见,变后掠翼技术可以解决超音速飞机的高低速矛盾,改善起飞、眷陆性能,这是好的一面。但是采用变后掠翼也会带来新的问题,如改变后掠角时,飞机的重心位置和升力作用点也会改变,使得飞机不易操纵,此外,在结构上也需要付出代价。为了解决这些问题,目前所采取的措施是采用外翼部分转动(内翼仍为固定翼)、设置燃油输送系统和使用高强材料等。

  后掠翼虽然空阻小,但存在机翼前缘升力不足的缺点,而且后掠角越大,升力系数越低,使得飞机在起飞,着陆,空速限制等指标上都不理想.可变后掠翼在起飞,着陆和低速飞行时,使用较小的后掠角,使机翼前缘升力增加,机翼效率提高,而高亚音速和超音速飞行时使用大后掠角,提高飞机的加速性能和高速飞行能力。

  变后掠翼飞机的主要缺点是:机翼转动的机构复杂,重量大;活动外翼的载荷全部集中在枢轴上,而枢轴又

  必须灵活地转动;固定翼内部必须留出足够的空间容纳缩进的外翼部分。固定翼与活动翼之间还需要有密封罩,以减小阻力;此外,还要有一套强有力的驱动装置,在飞行中能快速地改变后掠角;如果活动外翼下有外挂物(副油箱、导弹或炸弹),还需要一套协调机构,使它们在机翼改变后掠角过程中始终保持顺气流方向。活动翼的操纵方式有人工和自动两种。在人工操纵方式中,机翼可有小后掠、中后掠和大后掠三个位置,驾驶员可根据飞行状态加以选择。先进飞机更采用自动无级变后掠角装置,其后掠角可随飞行马赫数和高度的变化,自动保持在最有利的状态。

  变后掠翼由于结构复杂引申出很多问题。为了支持机翼后掠角的可变,机翼必须由可变动机构组成。增加了机身重量,机翼悬挂点减少,负载减少,灵活度减少。增加了机构的复杂度与固件的数量,可靠性成几何倍数的降低,同时生产复杂度和维护费用成几何倍数的增加,从而造成付出多余回报。而且就算牺牲如此多的方面也不能弥补其结构上的强度的降低。

  如经典之作F-14。先是去掉了副翼,而后其关键部位必须使用不能常规焊接的钛合金制造,为了其空气动力学原理,甚至使用了类似气囊的部件来补充机翼后缘缺失的部分,就算如此其重量还是大大的超过了同类战机。从而大大的增加了制造和维护费用。对于一种常规性武器的批量生产这是很不利的。

  可变后掠翼飞机设计复杂,操纵也非常麻烦,故障率也比较高,最要命的是复杂的变翼机构限制了飞机的载荷,外型,隐身等一系列性能的提高。

  而现代飞机设计通过采用双三角设计,鸭翼,跨音速面积率曲线设计,大边条设计,翼身融合技术等现代技术可以很好的弥补后掠翼的不足,使飞机获得非常好的性能,而避免了变翼飞机的诸多不足,所以没有必要采用变翼这种复杂的设计方式了。

  世界上第一种变后掠翼战斗机F-111,是由美国通用动力公司于1965年研制成功的。亚音速和超音速飞机大部分采用大后掠角的机翼,这种机翼和平直机翼相比,更有利于高速飞行.但低速飞行性能不好,转变半径大,起飞和着陆滑跑距离比较长。于是,有人开始研究能在飞行时改变机翼的后掠翼角度的飞机,起降和低速飞行时呈平直机翼,在高速飞行时呈后掠翼或三角翼型,较好地解决飞机低速和高速飞行性能的矛盾。早在笫二次世界大战期间,德国就已进行了这项研究。美国战胜并占领德国后,在此基础上于1948年开始变后掠翼飞机的技术试验。F-111就运用了上述技术成果。此后,苏联的米格-23战斗机、美国的F-14战斗机和英国、联邦德国、意大利联合研制的“旋风”式战斗机也采用了变后掠翼技术。

  1946年英国人最早开始研究变后掠翼,但是美国人后来者居上,于1964年底将第一架实用型变后掠翼飞机F-111送上了天。此后,变后掠翼开始在多用途战斗机和轰炸机中广泛使用,出现了如前苏联的米格-23、图-160,西欧的“狂风”和美国的F-14、B-1等变后掠翼飞机。

  米格(mig)--23战斗机是一种变后掠翼单座单发超音速战斗机,是70年代前苏联空军用以取代米格--21的主要制空战斗机。该机兼有较强的对地攻击能力。西方把它称为“鞭挞者”。

  米格--23于1963年开始研制,1970年投入生产并装备前苏联空军,1973年开始大量生产,其后不久即出口外销。到1986年停产时,生产总数已逾4000架。除前苏联外,使用该型飞机的国家还有保加利亚、捷克斯洛伐克、阿尔及利亚、埃及、伊拉克叙利亚埃塞俄比亚、利比亚、越南、古巴、波兰和印度等。

  米格--23约有10种改型,技术、战术性能逐渐改进。除机翼未?机身特别是机头部分变化明显,有的改型已成为专门用途的作战飞机,如米格--23B是专门的对地攻击型,编号也已经改为米格--27。

  米格--23飞机是前苏联第一种重型战斗机,其外形脱离了米格战斗机机头进气的传统样式,改为两侧进气,得以在机头装大直径天线的火控雷达,实现了超视距攻击。采用变后掠翼技术,改善了起降性能和增大了航程,同时减小了跨、超音速阻力。

  米格--23突出的性能是平飞速度大,高空时达2.35倍音速,低空表速达1350公里/小时,且水平加速性好,利于低空突防、高速拦截和攻击后脱离。但该机的高空性能不突出,中低空机动性较差,如在5000米高度、0.9倍音速的最小盘旋半径为2200米,比米格--21的还大,表明其近距格斗能力较差,无法胜任其主力制空战斗机的使命,只适于中、低空高速拦截使用。而它的对地攻击型由于武器挂载量较大,航程较远,低空突防速度大、装甲防护较好,倒不失为一种对地攻击能力较强的战斗机。

  米格--23装有“高空云雀”火控雷达多普勒导航系统自动驾驶仪和仪表着陆设备,还有激光测距雷达告警等设备。对地攻击型还可挂空地导弹战术核武器伊拉克空军装备了不少米格--23战斗机,但在海湾战争中无建树,反而被多国部队空军在空中击落9架。

  F-14雄猫TOMCAT战斗机是根据美国海军70年代到80年代舰队防空和护航的要求;由格鲁门公司研制的双座超音速多用途舰载战斗机.它的主要作战任务为:

  ⒈护航:在一定的空域夺取并保持制空权,驱逐敌战斗机,保护己方的攻击力量.不带副油箱的活动半径为720-800公里,能在目标上空3050米高度用机炮和“麻雀’导弹作战2分钟。

  ⒉舰队防空:能在距舰队160-320公里的空域巡逻2小时(带副油箱和“不死鸟”导弹)或从航空母舰甲板弹射起飞执行截击任务.

  ⒊遮断和近距支援:可载6500千克低阻炸弹和两枚“响尾蛇”空-空导弹执行远距遮断或近距空中支援作战任务.挂6颗MkB2炸弹,攻击1600公里以外的地面目标,能保持5分钟的空战能力。

  英国、德国和意大利共同研制的双座双发可变翼战斗机,1969年3月开始研制,1974年8月首飞,1976年开始批量生产,1980年服役。有防空型(ADV)、对地攻击型(IDS)、电子侦察型(ECR)三种型号,各型飞机共生产993架。对地攻击型(IDS)装有两台R199-34R-MK103涡扇发动机,单台最大加力推力79.2千牛推重比为7一级。机长16.72米,机高5.95米,翼展13.91米(最大)、8.6米(后掠),最大起飞重量27215公斤,最大速度2.2马赫,作战半径1390公里。机载武器为2门27毫米机炮,7个外挂架,可挂4枚“空中闪光”半主动雷达制导中距空空导弹以及2枚AIM-9L红外空空导弹,各种空地导弹和炸弹,最大载弹量9000公斤。

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